基于产品制造过程内含能分级的冲压车间节能调度研究

冲压制造离散性强、工艺复杂、能量损耗较大,为实现冲压制造过程的节能和高效运行,在保证最大完工时间受影响较小的前提下降低能耗,以冲压车间为对象进行了节能调度研究。建立面向冲压车间的多目标节能调度模型,采用多目标优化算法进行求解,得到Pareto解集。提出基于产品制造过程内含能分级的方案评价与选择方法,计算出不同调度方案下各产品的制造过程内含能并进行分级处理,选择出产品制造过程内含能较小的调度方案作为最优执行方案,提高了节能调度的可行性。最后,应用某冲压车间生产实例验证了节能调度模型和基于产品制造过程内含能分级的方案评价与选择方法的可靠性,与原始调度方案相比,车间总能耗与最大完工时间均实现了降低。     

面向能耗的多工艺路线柔性作业车间分批优化调度模型

合理的调度方案能有效降低柔性作业车间总能耗。针对柔性作业车间中加工工件种类多、单批工件数量大、加工工艺路线柔性大等问题,研究一种面向能耗的多工艺路线柔性作业车间分批优化调度模型。分析柔性作业车间中工件加工过程能耗特性,以车间总能耗最低和完工时间最小为优化目标建立了多工艺路线柔性作业车间分批优化调度模型,并采用多目标模拟退火算法对模型进行优化求解。通过算法优化得到的调度方案与经验调度方案的对比分析,验证了该模型的有效性和实用性。     

低碳策略下的多目标柔性作业车间调度

为解决低碳策略下多目标柔性作业车间调度问题,在深入分析柔性作业车间多目标调度研究现状和不足的基础上,结合基于设备状态—能耗曲线的低碳策略,提出包括能源消耗、最大完工时间、加工成本和成本加权加工质量的多目标柔性作业调度模型。针对上述模型,设计了基于血缘变异的改进非支配排序遗传算法,该算法根据计算交叉染色体的血缘关系确定变异率,优化了交叉和变异策略,解决了算法的早熟问题。针对具体实例,构建了调度模型和算法,计算结果验证了算法的可行性和有效性。     

面向实际生产的冲压车间调度问题研究

在大部分对汽车冲压车间调度的研究中,冲压车间被简化为一类job shop模型的作业车间。根据汽车双向冲压生产线的实际生产特点,笔者提出了基于工艺约束并行机的双向冲压生产线调度模型。在该模型中,工件按设备顺序在生产线两端同时加工,且加工的工件及其加工时间和完工时间受两端工件工序数目约束。然后设计了启发规则和遗传算法混合的求解算法,最后以最大完工时间为优化指标进行验证,得到了具有很强实际应用价值的调度结果。     

基于动态事件的柔性作业车间重调度节能优化

为了解决机械加工过程中出现紧急任务插单或机床故障等动态事件干扰调度方案执行,导致原调度方案能耗增高、完工时间延长等问题,研究了一种考虑紧急插单和机床故障动态事件的柔性作业车间重调度节能优化方法。首先分析了动态事件下柔性作业车间的工件加工过程能耗特性,然后以总能耗最低、完工时间和鲁棒性最小为优化目标建立了面向节能的动态重调度优化模型,并提出基于多目标引力搜索算法的重调度节能优化求解方法,最后通过案例对比分析,验证了所提方法的有效性。     

基于柔性作业调度的离散制造车间布局优化研究

针对车间生产调度人员需要进行多目标的调度决策,以大连市某企业空调制造车间为例,首先建立了以最大完工时间最小、总延期时间最小、总提前期时间最小、设备总负荷最小、单台设备的最大负荷最小、总生产成本最低、工件搬运次数最少的多目标车间调度模型。然后提出了基于工件加工工序和加工设备的两层编码的改进遗传算法,再次通过层次分析法确定各个子目标的权重,对不同量纲的子目标进行模糊无量纲化处理,并通过综合评价指标确定pareto解集的最优调度方案。最后根据工件加工工艺线路对车间设备进行环形布局优化,建立了环形布局优化模型,并通过实例分析验证了该算法的可行性。     

农机转向器制造车间的动态调度算法研究

针对目前农机转向器生产车间对突发事件调度不及时的问题,对车间调度相关问题进行了研究,提出了一种基于改进免疫克隆算法的车间调度模型。首先,结合农业转向器生产实际,以最大完工时间、设备能耗和设备负荷为调度目标构建了目标函数;然后,采用多策略种群初始化和自适应变异算子,对免疫克隆算法进行了改进;最后,在分析车间调度加工时间数据和车间调度加工能耗数据的基础上,以调度模型的适应度和甘特图为指标,对所建模型调度效果进行了验证。研究结果表明:相比传统免疫克隆算法,改进免疫克隆算法寻优速度更快、寻优精度更高,可以实现对农机转向器制造车间的快速动态调度。     

面向加工时间可控的柔性作业车间节能调度问题建模

针对制造车间能量利用率较低、节能潜力巨大的现状,以最小化车间总能耗和最大完工时间为目标,研究了考虑关机/重启节能策略和加工时间可控的柔性作业车间调度问题(FJSP)。首先,对考虑关机/重启节能策略和加工时间可控FJSP车间能耗进行了分析与建模;然后,根据加工时间可控FJSP特性,分别基于空闲时间与空闲能耗的建模思想,提出两个考虑关机/重启节能策略的混合整数线性规划(MILP)模型;最后,使用CPLEX求解器对20组测试实例进行求解,分别从尺寸复杂度与计算复杂度两方面对所提出的两个MILP进行对比评估。实验结果表明,所提出的两个MILP模型都是有效的,基于空闲能耗的MILP模型效果好于基于空闲时间的MILP模型。基于ε-约束法,将最大完工时间目标转换为约束条件,获得了问题的Pareto解,并进一步对所求解甘特图进行分析,挖掘了节能规则。     

考虑扰动事件的机械加工工艺参数与车间动态调度综合节能优化

随着能源消耗和环境问题的不断加剧,机械加工车间的高效节能生产越来越受到制造业的关注。传统动态调度优化时每道工序的工艺参数固定,未考虑工艺参数与车间调度之间的关联关系,限制了调度优化的潜力。为了更好地实现柔性作业车间节能增效,并快速有效地应对车间生产过程中出现的突发扰动事件,提出一种考虑扰动事件的加工工艺参数与车间动态调度综合优化方法。首先详细分析订单插入与机床故障下柔性作业车间的能耗特性,以总能耗与最大完工时间为目标,建立工艺参数与动态调度综合优化模型,然后设计一种面向扰动事件的动态决策机制,并提出改进的自适应形状估计进化算法(AGE-MOEA)进行优化求解,最后通过案例分析与算法对比,验证了所提出方法的有效性。     

基于改进遗传算法的多目标柔性车间调度问题研究

通过对车间生产调度的特点和算法的研究,建立了离散车间多目标动态调度的数学模型及设计了改进的遗传算法。以最大完工时间最短、总延期时间最小和设备总负荷最小这3个目标作为车间生产优化目标调度模型。利用改进的遗传算法确定车间调度的最优解。最后通过实例分析,验证了算法的可行性。     

低能耗柔性作业车间调度研究

针对柔性作业车间低能耗调度问题,对机床运行模式下能源消耗特点和完工时间进行了研究。建立了以能源消耗和完工时间为目标函数的多目标优化模型;结合该模型特点,采用目标加权法,得到了能源消耗和完工时间两个变量加权求和的最小值;针对遗传算法单一染色体在解决较复杂问题时,无法准确表达问题解的缺点,设计了多层编码策略,对柔性作业车间制造过程中工件加工顺序和机床选择进行了优化,实现了面向能耗优化的多目标柔性作业车间调度;在Matlab环境中对生产实例进行了仿真。实验结果表明:在加入低能耗要求的车间调度中,基于改进遗传算法的调度策略是可行和有效的,决策者可根据偏好在一系列可行解中进行选择,以提高解的合理性、科学性。     

面向低碳的工艺规划与车间调度集成优化

为更好地减少制造过程中的碳排放,弥补将工艺规划与车间调度分开碳排放优化时忽略了工艺规划方案中加工方法和工艺路线对调度阶段各工序加工机床分配方案、搬运距离以及工件加工顺序的影响,提出一个集成优化工件各特征加工方法、工艺路线、工件加工顺序以及各工序的机床分配,以实现制造过程碳排放和最大完工时间最小的多目标集成优化模型;针对集成优化模型中优化参数较多且相互影响的特性,提出一种前后相关联的四段式编码方法,采用NSGA-II算法求解,通过将所得的集成优化结果与先进行面向低碳的单目标工艺规划优化,再进行面向低碳的多目标车间调度分开优化结果进行对比,说明提出的集成优化模型可以得到更低的制造过程碳排放和完工时间,从而验证了集成优化模型的有效性。     

制造资源实时状态驱动的离散制造车间低碳调度研究

针对离散制造车间低碳调度问题,考虑车间制造资源实时状态,构建实时数据驱动的车间状态监测框架,以机床能耗、刀具磨损和切削液损耗作为碳排放来源,结合最大完工时间,建立一个制造资源实时状态驱动的离散制造车间低碳调度模型,并提出一种融合Tent映射的多目标Jaya优化算法。首先使用Tent混沌序列初始化种群,然后引入基于邻域搜索和模拟退火算法的局部搜索方法,并使用严格的外部档案集保存搜索到的解。最后通过灌装设备生产车间的实例数据对算法和模型进行验证,结果表明所提出的算法和模型能够有效求解离散制造车间低碳调度问题,减少车间异常状态对生产计划的影响,降低车间碳排放量。     

改进NSGA-Ⅱ算法求解考虑运输约束的柔性作业车间节能调度问题

传统柔性作业车间调度通常忽略工件在机器间的运输时间和能耗,针对该问题建立了考虑运输约束与节能的柔性作业车间调度模型,并提出了改进的NSGA-Ⅱ算法求解该模型。首先,在柔性作业车间调度数学模型中设立最大完工时间、总延期、设备总负载、车间总能耗4个目标,并根据运输约束实现了调度模型矩阵编码、解码、交叉与变异,基于子代向最优解学习机制改进NSGA-Ⅱ算法迭代过程中易陷入局部最优解问题。最后,在考虑车间机器之间运输约束的前提下结合Kacem、Brandimarte算例对调度模型进行可行性分析,结果表明该模型与算法求解效率高,能有效解决车间运输约束导致的调度方案与实际加工偏差问题。     

考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法

随着能源成本的飙升和环境日益恶化,实现节能生产的策略越来越受到制造企业的关注.在车间实际生产调度过程中,机床设备的故障与维护会影响车间调度方案的顺利执行,进而导致出现车间加工资源冲突、能耗增大和完工时间延长等问题.为减少实际柔性作业车间加工过程中出现由于机床故障而导致加工中断的情况,提出一种考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法.分析考虑设备预维护的柔性作业车间能耗特性,建立考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化模型,设计机床预维护策略,并在此基础上提出一种启发式框架下的调度算法对节能优化模型进行求解,通过不同方案的对比分析,验证所提方法的有效性.     

柔性作业车间能耗优化研究

为了实现机械加工车间的节能优化运行,建立了考虑运输时间的节能柔性作业车间调度模型。使用基于动素的机床能耗模型预测生产过程中的机床能耗,并利用遗传算法实现了模型的求解。柔性作业车间环境下,该模型能够从能耗出发,为各加工任务选择合适的加工机床,同时生成优化的生产调度方案。最后,案例研究验证了建立的模型的节能效果和有效性。     

面向绿色制造的半组合式船用曲轴结构件生产车间多目标调度优化

针对半组合式船用曲轴结构件规格多、批量小、体积质量大、加工精度高、生产能耗大、交货期要求严等特点,以最大完工时间最小、机器加工能耗最小、桥式起重机运输能耗最小为优化目标,研究了该类型曲轴结构件生产车间的绿色调度优化方法.将结构件制造过程细化为准备、装夹、加工、卸夹4个工艺流程,建立了集成桥式起重运输设备与机器加工设备的双资源约束、多目标优化调度数学模型;基于快速非支配排序遗传算法,提出了融合运输信息与机器信息的五段式编码,通过在算法流程中融入两种启发式选择策略对每次迭代结果进行二次优化,从而改进整个制造流程;最后,将所提模型与算法应用于上海某船用曲轴公司结构件生产车间,并与不考虑运输状态的单资源机器约束数学模型优化结果进行了对比分析,验证了所提模型与算法的有效性.     

多品种分批量冲压车间的耦合选择NSGA-Ⅱ调度优化

为了对多品种分批量生产的冲压车间调度方案进行优化,减少冲压车间的完工时间、加工成本和换模次数,提出了基于耦合选择NSGA-Ⅱ算法的冲压车间调度优化方法。对冲压车间的调度优化问题进行了数学描述,建立了多目标、多限制条件的优化模型。通过构造4基因链缠绕的染色体,将冲压车间调度优化问题转化为遗传算法的多目标搜索问题。在传统NSGA-Ⅱ算法基础上,将耦合选择策略引入到算法中,兼顾了染色体的优越性和多样性,从而提出了基于耦合选择NSGA-Ⅱ算法的调度优化方法。经验证,耦合选择NSGA-Ⅱ算法所得Pareto前沿解质量高于传统NSGA-Ⅱ算法所得Pareto前沿解质量。使用等权重系数法从Pareto解集中确定了最优解,与优化前相比,换模次数减少了52.2%,加工成本减少了18.4%,最大完工时间减少了40.0%,以上数据验证了耦合选择NSGA-Ⅱ算法在冲压车间调度优化中的可行性。     

一种面向机械车间柔性工艺路线的加工任务节能调度方法*

大量研究表明机械车间消耗了大量能量,因此降低机械车间的能耗是实现可持续制造的策略之一。现有机械车间节能调度研究主要针对给定的或者具有部分柔性的工艺路线,缺乏对机械车间任务工艺路线多柔性的节能调度研究。针对机械车间任务柔性工艺路线对机械车间调度能耗的影响特性,提出一种面向机械车间柔性工艺路线的节能调度方法。首先,分析了面向机械车间柔性工艺路线的加工任务调度的能耗特性;基于此,构建了节能调度模型,该模型是以任务加工总能耗、加工完成时间、机床负载为目标。进一步提出了一种改进的Q学习算法对该模型进行求解获得其Pareto解。最后通过案例验证了提出模型的节能效果及算法的可行性。     

考虑调整时间的绿色柔性作业车间调度研究

针对传统绿色车间调度未考虑机床调整时间的问题,对机床在调整模式下和加工模式下的完工时间和总能耗进行了研究。梳理了机床在不同模式下的能耗和完工时间特点,建立了带有调整时间的绿色柔性作业车间调度模型,利用加权归一法将多目标量纲进行了统一,提出了头脑风暴优化算法;采用了多层编码方式,优化了机器选择和工序排序问题;引进了在旧解的基础上产生新解和用数据分析方法筛选较优解的迭代方式,增强了局部和全局搜索能力;在MATLAB仿真平台对标杆案例和生产实例进行了测试。研究结果表明:基于改进头脑风暴优化算法的调度方案是可行和有效的;该算法的收敛精度更高、收敛速度更快。